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電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在某奧體中心中的應(yīng)用與創(chuàng)新

點擊次數(shù):1744 更新時間:2014-04-25

 

王海芹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0 引言

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)從投入市場的那起,就受到了各界的廣泛關(guān)注。因為在我電氣火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量長時間以來居高不下,已經(jīng)是一個影響我民經(jīng)濟發(fā)展的一個不容忽視的嚴(yán)重問題。在消防監(jiān)督部門的大力支持下,在科研部門和生產(chǎn)廠家的不懈努力下,經(jīng)過近十年的發(fā)展,電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備已逐漸走進了用戶,發(fā)揮了越來越大的作用,并逐步取得了相關(guān)部門和社會的認可。

1 項目簡介 

本項目奧體中心主要由體育場、體育館、游泳館、網(wǎng)球中心、中心商業(yè)區(qū)及地下車庫組成,總建筑面積約36萬m2,建成后將成為標(biāo)志性建筑及新城區(qū)內(nèi)大規(guī)模商業(yè)娛樂綜合體。由于奧體中心內(nèi)人員密集,安防、消防設(shè)備供電可靠,有效地防止電氣火災(zāi)的發(fā)生,保證廣大觀眾和運動員的安全。奧體中心網(wǎng)球中心可以容納運動員、觀眾和工作人員多達3萬人。場地為雙路高壓供電,一路高壓接入華北電管局的華北電網(wǎng),另一路接入北京地區(qū)高壓電網(wǎng),除此以外還備有自發(fā)電裝置。

場地的用電包括兩個方面:照明和動力。照明用電主要是場地的燈光照明,采用新一代電光源,照度高、功率大,設(shè)備的數(shù)量多。動力用電主要是冷卻塔、中央空調(diào)、風(fēng)機、排污泵和大型電動器具等。

網(wǎng)球項目是露天比賽,占地面積大,用電設(shè)備分散??偱潆娛椅挥谥行馁悎霰眰?cè)100m處,距離遠端的配電柜有1000m。

配電系統(tǒng)為TN-C-S系統(tǒng),為三相五線制、四級結(jié)構(gòu),用電末端安裝帶漏電單相雙極空氣開關(guān),在二級、三級開關(guān)上均安裝漏電探頭,以此計算,共需要漏電探頭228個,通信遠距離為1000米,是一個中等規(guī)模的電氣火災(zāi)報警系統(tǒng)。在二級、三級空氣斷路器的下端安裝閉合式漏電探頭,沒有設(shè)計安裝電流探頭。二級開關(guān)采用額定電流200A的空氣斷路器,三級開關(guān)均為額定電流100A的空氣斷路器。為了配合這種配置情況,在200A的下端采用的是50mm2導(dǎo)線,設(shè)計采用直徑100mm穿線孔徑的漏電探頭可以保證四根導(dǎo)線的順利穿過。在100A開關(guān)的下端采用25mm2導(dǎo)線,采用直徑為48mm穿線孔徑的漏電探頭可以保證四根導(dǎo)線的順利穿過。

二級開關(guān)處的漏電額定報警值為400mA,設(shè)定的報警延時時間為3秒;在三級開關(guān)處的漏電額定報警值設(shè)定為200mA,設(shè)定的報警延時時間為1秒。

2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由漏電(包括電流)探頭、探測控制器和監(jiān)控設(shè)備三部分組成。探測控制器與漏電(電流)探頭需配套使用。所有需要監(jiān)控的電路分支點均安裝,探測控制器均并聯(lián)于二總線上,監(jiān)控設(shè)備由一臺工業(yè)控制用PC機及外圍設(shè)備組成。

管理軟件能實時動態(tài)地顯示各個監(jiān)控點的工作情況,值班人員在控制中心通過觀察計算機屏幕就可以了解所有監(jiān)控點的工作情況。監(jiān)控設(shè)備具有龐大的數(shù)據(jù)庫,能夠存儲配電系統(tǒng)產(chǎn)生的所有情況記錄,便于有關(guān)人員查詢和分析。

2.1系統(tǒng)組成

Acrel-6000剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),由站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層組成。系統(tǒng)拓撲圖如下圖所示:各電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器通過屏蔽雙絞線RS485接口,采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務(wù)器,然后通過五類線TCP/TP協(xié)議進入監(jiān)控主機。如下圖所示:

1)現(xiàn)場設(shè)備層主要是連接網(wǎng)絡(luò)中用于漏電及溫度信號采集測量的各類型的儀表和保護裝置等,也是構(gòu)建該監(jiān)控系統(tǒng)必要的基本組成元素。不僅肩負著采集數(shù)據(jù)的重任,同時也是執(zhí)行后臺控制命令的終端元件

2)通訊控制層主要是由通訊服務(wù)器、接口轉(zhuǎn)換器件及總線網(wǎng)絡(luò)等組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁,不同的接口轉(zhuǎn)換器件提供了RS232、RS422、RS485、SPABUS等及以太網(wǎng)等各種接口,組網(wǎng)方式靈活,支持點對點的通訊、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)等類型的組態(tài)網(wǎng)絡(luò)。通訊服務(wù)器主要用于直接對現(xiàn)場儀器儀表轉(zhuǎn)達上位機的各種控制命令,并負責(zé)對現(xiàn)場儀器儀表回送的數(shù)據(jù)信息進行采集、分類和存儲等工作;接口轉(zhuǎn)換器件則是由于現(xiàn)場儀表或其它系列的裝置與上位機的通訊接口存在差異,需要進行轉(zhuǎn)換方可進行數(shù)據(jù)交換。

3)管理測控層是針對監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的管理人員。該層直接面向用戶。該層也是系統(tǒng)的上層部分,主要是由電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備如計算機、人機界面、打印機、UPS等。其中軟件部分具有良好的人機交互界面,通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議讀取前置機采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息,自動經(jīng)過計算處理,以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運行狀況,并可接受管理人員的操作命令,實時發(fā)送并檢測操作的執(zhí)行狀況,以保證供用電單位的正常工作。

2.2 工作原理

其基本原理是,當(dāng)電氣設(shè)備中的漏電流、溫度等參數(shù)發(fā)生異?;蛲蛔儠r,終端探測頭(如剩余電流互感器、溫度傳感器等)利用電磁場感應(yīng)原理、溫度效應(yīng)的變化對該信息進行采集,并輸送到監(jiān)控探測器里,經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換、CPU對變化的幅值進行分析、判斷,并與報警設(shè)定值進行比較,一旦超出設(shè)定值則發(fā)出報警信號,同時也輸送到監(jiān)控設(shè)備中,再經(jīng)監(jiān)控設(shè)備進一步識別、判定,當(dāng)確認可能會發(fā)生火災(zāi)時,監(jiān)控主機發(fā)出火災(zāi)報警信號,點亮報警指示燈,發(fā)出報警音響,同時在液晶顯示屏上顯示火災(zāi)報警等信息。值班人員則根據(jù)以上顯示的信息,迅速到事故現(xiàn)場進行檢查處理,并將報警信息發(fā)送到集中控制臺。

3 典型組網(wǎng)方案

(a)大型建筑群組網(wǎng)方案

大型建筑群,樓層高,多棟樓體分散。采用Acrel-6000/Q電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備+ACREL6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備+電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器三層結(jié)構(gòu)組網(wǎng)模式,便于區(qū)域化管理,采用RS-485網(wǎng)絡(luò)通信,以太網(wǎng)通信,以太網(wǎng)通信,滿足了通信實時性高的要求。

(b)大型單體建筑組網(wǎng)方案

大型單體建筑,采用Acrel-6000/Q電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備+電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器兩層建構(gòu)組網(wǎng)模式,檢測管理功能,性價比高,采用RS-485網(wǎng)絡(luò),通信介質(zhì)采用屏蔽雙絞線,滿足了通信實時性高的要求。

(c)中型建筑組網(wǎng)方案

中型單體建筑,采用Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備+電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器兩層結(jié)構(gòu)組網(wǎng)模式,造價經(jīng)濟,性價比高,采用RS-485網(wǎng)絡(luò),滿足了通信實時性高的要求。

(d)小型建筑電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

小型建筑,采用Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備進行監(jiān)控,造價經(jīng)濟,性價比高。

4 設(shè)備清單

序號

名稱

型號、規(guī)格

單位

備注

1

電力儀表

 

 

 

 

剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器

ARCM200BL

安科瑞

 

剩余電流互感器

AKH-0.66L100

安科瑞

合計

 

 

 

 

2

監(jiān)控中心值班室

 

 

 

 

工作站主機

EVOC IPC-810B Core2 2.66G /1G/250G +鍵鼠等

研祥

 

系統(tǒng)操作臺

琴臺式 1174*630*950

定制

 

I/O裝置

I/O 32DI 16DO

 

 

附件

含端子排、插座等

 

 

顯示器

L1710A

聯(lián)想

 

工業(yè)串口服務(wù)器

JetPort5604i   RS485接口×4

Korenix

 

工業(yè)串口服務(wù)器

NPORT5630-16   RS485接口×16

MOXA

 

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機

TP-LINK 8口

TP-LINK

 

漏電火災(zāi)監(jiān)控軟件

系統(tǒng)組態(tài)軟件Acrel-6000

安科瑞

 

漏電火災(zāi)監(jiān)控軟件

數(shù)據(jù)存儲軟件Acrel-dbSQL

安科瑞

 

漏電火災(zāi)監(jiān)控軟件

火災(zāi)監(jiān)控軟件Acrel-Monitor

安科瑞

 

漏電火災(zāi)監(jiān)控軟件

設(shè)備驅(qū)動軟件Acrel-Driver

安科瑞

 

UPS電源

C2K/2KVA   待機60分鐘 塔式

SANTAK

合計

 

 

 

 

3

工程材料

 

 

 

 

通訊線纜

低煙無鹵RVVSP 2*1.0

千米

 

 

工程輔材

拖線板、轉(zhuǎn)換線、線管、標(biāo)等

 

 

耗材

線鼻等

 

合計

 

 

 

 

4

工程施工及調(diào)試

 

 

 

 

通訊線纜鋪設(shè)

 

 

 

儀表通訊線連接

 

 

 

儀表通訊調(diào)試

 

 

 

綜合調(diào)試

 

按工程量計

 

設(shè)備運輸費用

 

 

 

培訓(xùn)費用

 

 

 

5 使用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)時常見問題的解決方法

(1)正常漏電和故障漏電

由于供電線路和用電設(shè)備中存在著分布電感和分布電容,交流電流通過這些分布電感、電容時就會形成漏電電流,但這是正常的漏電電流,無法避免。故障漏電則與正常漏電截然不同,它是由于設(shè)備中的絕緣損壞使火線和地(外殼)之間部分或全部短路造成的,是一種嚴(yán)重的故障現(xiàn)象,是可能造成電氣火災(zāi)的重要原因,也是我們要竭力避免的,即使不能避免也應(yīng)迅速報警以便及時進行處理,這樣才能減少或防止發(fā)生電氣火災(zāi)的危險。

正常漏電電流是穩(wěn)定的、基本不變的,因為分布電感、分布電容是基本不變的。故障漏電是因絕緣損壞而造成的,隨著時間的推移絕緣損壞將進一步嚴(yán)重,絕緣電阻逐漸下降,故障漏電電流會逐漸加大,這是正常漏電和故障漏電的大區(qū)別。

根據(jù)這兩種電流變化的區(qū)別,在大量測得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立了電流變化的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)這種數(shù)學(xué)模型進行控制軟件的編制,并在實際應(yīng)用中取得較好的效果,使誤報警數(shù)量得以減少。

(2)雙路電源供電中PE線共接和N線共接造成的漏電誤報警

在雙路電源供電系統(tǒng)里,雙路的PE線和N線都要分別接在一起,這導(dǎo)致雙路供電的系統(tǒng)會發(fā)生一種特殊的漏電現(xiàn)象。當(dāng)其中的一個回路已經(jīng)停止供電時,其漏電監(jiān)控設(shè)備會顯示該回路有漏電電流,用鉗型電流表測量該回路的N線電流時,發(fā)現(xiàn)確有電流存在。該回路開關(guān)已經(jīng)斷開,A、B、C三相沒有電流,所以N線的電流會使漏電探測器誤認為存在漏電流。究其原因,是因為雙路電源供電的兩條N線是直接連接在一起的,即使一路電源停電,但是另一路還在供電,其N線中存在電流時,會流入另一路的N線中,導(dǎo)致停電回路N線還有電流存在,它將導(dǎo)致停電回路漏電流值超過報警設(shè)定值,使電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備報警,但實際上這是個誤報警。

在沒有安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的供電系統(tǒng)中是沒有任何問題的,但是在安裝了電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的供電系統(tǒng)中這個問題就會很突出,為了解決這個問題我們提出以下辦法:

因為兩路供電的N線要接在一起,所以切換開關(guān)一定要采用4極開關(guān),在切換時要使N線與A、B、C三相火線同時切換,可以保證備用供電系統(tǒng)中的N線與另一路正在使用的供電系統(tǒng)的N線*分離,這個問題也就迎刃而解了。

(3)電磁干擾

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)工作在強電系統(tǒng),能否有效抵抗強電磁場的干擾是穩(wěn)定可靠工作的前提。據(jù)實地測量,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)安裝地點具有以下特點:50Hz工頻電磁場的強度很大,影響也大,部分場合還有諧波及高頻電磁波的干擾,是供電系統(tǒng)中的非線性設(shè)備和附近的手機轉(zhuǎn)發(fā)器等高頻設(shè)備產(chǎn)生的。

采取把信號懸浮的方法,雙端輸入、雙端輸出,傳輸信號用的二總線采用雙絞線,可以有效避免50Hz交流電磁場的干擾。

對于諧波和高頻電磁波的干擾,采用的是“屏蔽”加“濾波”的方法。因為高頻干擾是外部干擾,所以先要做好“屏蔽”,使干擾信號不能進入電路內(nèi)部;對于沿供電電源線路進入內(nèi)部的諧波干擾,采取在電源進線上增加多節(jié)多頻譜濾波器的辦法予以濾除。

參考文獻:

[1]安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊2013.1版.

[2] 北京海博智恒電氣防火科技有限公司產(chǎn)品手冊.

作者簡介:

王海芹,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為電氣火災(zāi)監(jiān)控,:

 

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